информацияenglish
Материалы конференции

Милинчук В.К. Клиншпонт Э.Р. Белозеров В.И. Хаврошина И.С. Садиков Э.И. Иванова С.В.

Выделение водорода при взаимодействии конструкционных материалов на основе алюминия с водой в условиях активной зоны легководных реакторов

Образование водорода и риск взрыва водорода, наводороживание конструкционных металлических материалов представляют собой сложную проблему обес-печения водородной и радиационной безопасности ядерных энергетических установок (ЯЭУ) с водным теплоносителем. В этой проблеме недостаточно изучен процесс взаимодействия конструкционных материалов при эксплуатации в реакторе с теплоносителем (водой или паром), приводящий к образованию водорода.

Высокую коррозионную стойкость ряда металлических материалов обеспечивают пассивирующие оксидные слои (пленки, образующиеся на их поверхности), которые могут разрушаться при механических, химических и других воздействиях.

Так на примере алюминия установлено, что в щелочных растворах с поверхности металла удаляется слой оксида алюминия Al2O3, после чего алюминий эф-фективно реагирует с водой с большим выделением тепла, образованием водоро-да и твердого продукта.

Исследования кинетики накопления водорода в гидрогетерогенных композициях позволили выяснить закономерности процесса превращения оксидного слоя алюминия при взаимодействии с рядом химических активаторов, водой и кисло-родом. Остаются неизученными кинетика и механизм превращений оксидного слоя на поверхности алюминия в составе гетерогенной системы алюминий – ок-сид алюминия – внешняя среда при воздействии факторов ЯЭУ в штатных и ин-цидентных (аварийных) режимах эксплуатации.

В данной работе были проведены исследования кинетики генерации водорода гидрогетерогенными композициями, содержащими алюминий, предварительно облученный γ-излучением 60Со при комнатной температуре на воздухе и в водных средах, моделирующих теплоноситель реакторов ВВЭР.

Исследования проводились с использованием алюминия в качестве модели по отношению к цирконию: в ряду напряжений металлов алюминий и цирконий располагаются рядом (стандартные электродные потенциалы в воде алюминия – 1,66 В, циркония – 1,59 В).

Установлено, что используемый в работе кинетический метод позволяет получать ценные сведения о химических превращениях оксидных слоев на поверх-ности алюминия, а также циркония и других конструкционных материалов, при воздействии факторов, имитирующих условия активной зоны реакторов типа ВВЭР и РБМК.

Оксидные слои алюминия при воздействии факторов ЯЭУ (радиации, высокой температуры, продуктов радиолиза водной среды, кислорода) претерпевают превращения, приводящие к нарушению их сплошности. К участкам образующе-гося «чистого» металла по дефектам структуры поврежденного оксидного слоя диффундируют молекулы воды, экзотермические реакции которых приводят к кор-розии алюминия с образованием молекулярного водорода и твердых продуктов.

Механизм участия водорода и твердых продуктов в разрушении оксидного слоя алюминия изучается.

Обнаруженные процессы превращения оксидных слоев металлов следует учитывать при разработке моделей коррозии конструкционных материалов в ус-ловиях комплексного воздействия факторов активной зоны ЯЭУ.

Полная версия (русский)